Фахівці з Центру квантових обчислень RIKEN та Університету науки і технологій Хуачжун оголосили про прорив у розробці квантових батарей, відкривши шлях до створення компактних і швидких акумуляторів для майбутніх пристроїв. Їхнє дослідження доводить, що існуючі обмеження, які гальмують впровадження квантових джерел енергії, можна подолати на теоретичному рівні.
Про це розповідає ProIT
Інноваційний підхід до зберігання енергії
Квантові батареї розглядаються як перспективний напрям для забезпечення швидкої зарядки та ефективного енергозбереження в електроніці. Традиційні хімічні акумулятори вже наближаються до межі своїх можливостей на тлі зростання глобального попиту на енергію, тож науковці шукають нові технології, які задовольнять сучасні виклики. Однією з основних проблем розробки квантових батарей залишається декогеренція — втрата квантових властивостей, таких як суперпозиція та заплутаність, під впливом навколишнього середовища. Це призводить до втрати енергії та зниження продуктивності особливо при дистанційному заряджанні.
«Наше дослідження дає нові ідеї з топологічної точки зору та дає нам підказки щодо реалізації високопродуктивних мікропристроїв зберігання енергії», — підкреслив перший автор дослідження Чжі-Гуан Лу.
Топологічні властивості та перспективи практичного впровадження
Щоб вирішити ці складнощі, дослідницька команда звернулася до топологічних характеристик матеріалів, які залишаються незмінними навіть при деформаціях, таких як вигин чи скручування. В основі нової концепції лежить поєднання топологічних властивостей фотонних хвилеводів з квантовими ефектами дворівневих атомів. Такий підхід дозволяє досягти стабільного заряджання на великих відстанях і мінімізувати втрати енергії.
Науковці встановили, що майже ідеальна передача енергії можлива завдяки конструктивним особливостям фотонних хвилеводів. Ба більше, вони довели: навіть розсіювання енергії, яке зазвичай вважається шкідливим, можна використати для короткочасного збільшення потужності зарядки квантових акумуляторів, особливо якщо зарядний пристрій та батарея розміщені поруч у межах однієї підгратки.
Проривне дослідження не лише знімає основні бар’єри на шляху до використання квантових батарей у реальних пристроях, а й відкриває перспективи для створення нових типів акумуляторів, здатних працювати ефективно навіть у складних умовах.
Результати дослідження опубліковано у журналі Physical Review Letters.